JPH02268577A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体撮像装置に関するものである。

〔従来の技術〕

多数の充電変換素子（ＰＤ）を用いた従来の固体撮像装
置として、第４図のようなものがある。

図示の通り、ホトダイオード等の光電変換素子ＰＤｏ−
ＰＤ、に対応してＭＯＳトランジスタからなる出力スイ
ッチ０８ｏ−Ｏ８ｎが設けられ、これらはビデオライン
である出力線ＶＬに接続されている。このような装置に
おいて、光入射があると信号電荷が光電変換素子ＰＤｏ
−ＰＤｎのそれぞれで生成される。一方、走査回路１に
スタート信号が入力されるとクロックに同期して走査信
号ｃｏ−Ｃｎが順次にアクティブとなり、これによって
出力スイッチｏｓｏ−ｏｓ、が順次にオンとなる。する
と、光電変換素子ＰＤｏ−ＰＤｎの信号電荷は順次に出
力線ＶＬに出力信号Ｖ　　としｕｔ で出力される。

第５図の従来回路は、走査回路ではなくランダムアドレ
ス回路２が設けられている点で第４図と異なる。すなわ
ち、入力アドレスＡ。−Ａｎを８ビットとすると、出力
信号Ｃ３−Ｃｎとして２−２５６通りの信号Ｃ１を出力
し、これによって任意の出力スイッチＯ８１をオンにし
て対応する光電変換素子ＰＤ、の信号電荷を読み出す。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の第４図の従来技術では次のような
欠点があった。すなわち、第１に、高レベルの背景光に
含まれる微弱な信号光を検出するのが困難であった。例
えば、ある光電変換素子ＰＤ、において微弱信号を検出
するときには、その光電変換素子ＰＤ、において増幅可
能なレベルまで信号蓄積をする必要があるが、別の光電
変換素子ＰＤ、において背景光のレベルが高いときには
、ここでの電荷が隣りの光電変換素子ＰＤ、１゜ＰＤ、
　などに溢れ出してしまう。このため、溢Ｊ＋１ れた電荷が目的とする光電変換素子ＰＤ１に流れこんで
蓄積され、誤った信号が検出されてしまうことがあった
。

上記の欠点に対しては、第５図のようにランダムアクセ
ス回路を設けることで一応の解決が可能である。すなわ
ち、信号電荷の溢れそうな光電変換素子ＰＤ、に対して
は早いタイミングで読み出しを行ない、微弱信号の検出
をすべき光電変換素子ＰＤ、に対しては比較的長い期間
の蓄積を行なう。しかしながら、このように信号電荷の
溢れ出しそうな画素のみを選択するのは容易ではなく、
またいったん選択するとその光電変換素子ＰＤの電荷は
消去されるので、次に選択するタイミング（信号電荷が
溢れる前）を定めるのは容易でない。

このため、結局は多数の画素について信号の溢れ出しを
予測し、ランダムに選択することになってしまう。

このように、任意の画素からの選択的な読み出しを頻繁
に行なうと、光情報の蓄積時間が画素すなわち光電変換
素子ＰＤごとに異なることになるので、画素間の信号比
較が極めて困難になってしまう。

そこで本発明は、画素間の信号電荷の比較を、容易かつ
正確に行なうことのできる固体撮像装置を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る固体撮像装置は、複数の光電変換素子をこ
れに対応する複数の出力スイッチを介して出力線に接続
し、複数の出力スイッチを個々にオンとして複数の光電
変換素子の信号電荷を出力線に読み出す固体撮像装置に
おいて、複数の光電変換素子と複数の出力スイッチとの
間にそれぞれ介在されて信号電荷を蓄積し、出力スイッ
チがオンのときに蓄積電荷量に応じた電流を所定バイア
スから出力線に出力する複数の電荷蓄積素子（例えば、
ソースに出力スイッチが接続されドレインに所定バイア
スが印加され、かつゲートに信号電荷が蓄積されるＦＥ
Ｔで構成される。）と、この複数の電荷蓄積素子と所定
のリセットバイアスの間に接続された複数のリセットス
イッチと、この複数のリセットスイッチを選択的にオン
とするリセット制御手段とを備えることを特徴とする。

ここで、リセット制御手段は複数の出力スイッチを個々
にオンとする信号にもとづき複数のリセットスイッチを
選択的にオンとし、所定のリセット命令が与えられたと
きに複数のリセットスイッチの全部もしくは一部をオン
とするように構成してもよい。また、複数の光電変換素
子と複数の電荷蓄積素子の間に介在された複数の読出ス
イッチと、複数の光電変換素子と所定のコモンバイアス
の間に介在された複数のクリヤスイッチとを更に備える
ようにしてもよい。

〔作用〕

本発明の構成によれば、リセット機能を有しているので
、任意の画素の信号電荷を他の画素に影響されることな
く読み出し得る。また、電荷蓄積素子の信号７は荷を非
破壊で読み出すことにより、信号出力レベルの途中経過
を知ることができ、従って、信号電荷の溢れ出しそうな
画素からの読み出しを優先させることも可能になる。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は実施例の全体構成を示す回路図である。

図示の通り、出力スイッチＯ８ｏ〜Ｏ８ｎと光電変換素
子ＰＤｏ−ＰＤ、の間には、電荷蓄積部５と転送スイッ
チＴＳｏ−ＴＳｎとが介在されている。また、コモンバ
イアスＶｃＭと光電変換素子ＰＤｏ−ＰＤｎの間には、
ＭＯＳトランジスタからなるクリヤスイッチＣ３ｏ−Ｃ
８ｎが介在されている。なお、クリヤスイッチＣ３ｏ−
Ｃ８ｎのゲートに与えられるＤＡＴＡ信号（Ｓ　ＤＡ）
は、転送スイッチＴＳｏ−ＴＳｎのゲートに与えられる
ＤＡＴＡ信号（ＳＤＡ）をインバータＧ１で反転させた
信号となっている。デコーダ回路部６は入力アドレスＢ
。−Ｂｍをデコードし、出力信号Ｃ−Ｃを出力する。例
えば入力アドレスＢ。

ｎ 〜Ｂ　が８ビツトであるときは、出力信号Ｃ６〜Ｃは２
８−２５６通りとなる。

第２図は第１図の構成を一要素（一画素に対応する要素
）について示した回路図である。ｐ番目（ｐ　−０〜ｎ
　）の電荷蓄積要素５０．はＭＯＳトランジスタからな
る電荷蓄積素子Ｑ　と、ＯＲゲ−トＧ２　と、ＡＮＤゲ
ートＧ３　と、ＭｏＳトｐ ランジスタからなるリセットスイッチＲ３を含む。電荷
蓄積素子Ｑ　のソースは出力スイッチＯＳ　に接続され
、ドレインは所定バイアス源としての電源ＶＤＤに接続
され、ゲートは転送スイッチＴＳ　　を介して光電変換
素子ＰＤ　　に接続される。

ｐ リセットスイッチＲＳ　　は電荷蓄積素子Ｑ　のゲｐ 一部とリセットバイアスｖＲＢの間に接続され、そのゲ
ートにはＡＮＤゲートＧ３　の出力信号が与えられる。

ＯＲゲートＧ２　はデコーダ回路部６の出力ＣとＡＬＬ
　　ＲＥＳＥＴ信号５ＡＲＧ入力し、ＡＮＤゲートＧ３
　はＥＮＡＢＬＥ信号ＳＥＮとＯＲゲートＧ２　　の出
力とを入力する。

次に、上記実施例の回路の作用を説明する。

まず、光入力が第１図の矢印のようにあると、光電変換
索子ＰＤｏ−ＰＤｎではこれに応じた光電荷が生成され
る。ここで、転送スイッチＴ　Ｓ　。

〜ＴＳ　　がＯＮのときはクリヤスイッチＣ８ｏ〜ｃｓ
　　はＯＦＦ、転送スイッチＴＳｏ−ＴＳｎがＯＦＦの
ときはクリヤスイッチＣ３ｏ−Ｃ８ｎはＯＮになってい
る。転送スイッチＴＳｏ−ＴＳ。

がＯＦＦでクリヤスイッチＣ３ｏ−Ｃ８ｎがＯＮのとき
は、光電変換索子ＰＤｏ−ＰＤｎはコモンバイアスＶｃ
Ｍにより一定電位にされ、転送スイッチＴＳｏ−ＴＳｎ
がＯＮになりクリヤスイッチＣ５ｏ−ＣＳ、がＯＦＦに
なった時点から、光電変換素子ＰＤｏ−ＰＤ、の信号電
荷は電荷蓄積素子Ｑ　のゲートに転送され、蓄積される
。すなわち、光情報の取り込みに際して、各画素は常に
同じ時刻から取り込みを開始することになり、以後の電
荷蓄積時間が全ての画素において同一とされる。

次に、信号Ｓ。ＮがＯＦＦのときは、ＯＲゲートＧ２ｏ
−０２ｎにいかなる信号が入力されてもＡＮＤゲートＧ
３ｏ−Ｇ３．の出力はＯＦＦであり、従ってリセットス
イッチＲＳｏ−Ｒ８ｏがＯＮとなることはないので、電
荷蓄積素子Ｑ。−Ｑｎはリセットされることなく信号蓄
積を行なう。信号Ｓ　がＯＮとなって信号ＳＡＲがＯＮ
になると、ＡＮ ＮＤゲートＧ３ｏ−Ｃ３ｎの出力はＯＮとなるので、リ
セットスイッチＲＳｏ−ＲＳｏはＯＮになっで電荷蓄積
素子Ｑｏ−ＱｎはリセットバイアスｖＲＢによりリセッ
トされる。従って、前述の信号Ｓ　、Ｓ　と信号ＳＡＲ
により、固体撮像装置の状ＤＡ　　　　　ＤＡ 態を全て初期設定できることになる。

次に、信号Ｓ　と信号ＳＡＲが共にＯＦＦのときＮ に、デコーダ出力Ｃ６−Ｃｎのいずれか（例えばＣ）が
ＯＮになると、当該画素のリセットスイッチＲＳ　　は
ＯＮとなることはないが、出力スイッチＯ８はＯＮとな
るので電荷蓄積素子Ｑ　のｐ 電荷は出力線ＶＬに読み出される。ここで、出力線ＶＬ
に流れ込む信号電荷は、電源ＶＤＤから電荷蓄積素子Ｑ
　のドレイン、ソースを経由して出力スイッチＯ８を介
して流れるのであり、電荷蓄積素子Ｑのゲートにおける
蓄積電荷はその流れる量を規定するものであるが、当該
蓄積電荷自体は何ら読出されるものではない。従って、
いわゆる非破壊で信号出力が行なえるので、電荷蓄積量
を画素ごとに、あるいは複数の画素をとりまとめてモニ
タできる。

これに対し、信号Ｓ　がＯＦＦで信号ＳＥＮがＯＲ Ｎのときには、デコーダ出力ｃｏ−ｃｏのいずれか（例
えばＣ）がＯＮになると、当該画素の出カズイッチＯ８
がＯＮとなって電荷蓄積素子Ｑ　はリセットされる。従
って、任意の画素については、いったん信号電荷を読み
出してリセットし、再び電荷蓄積を開始できる。

上記の作用を第３図にまとめて示す。図示の通り、信号
ＳＡＲとデコーダ出力Ｃｐが共に０ＦＦ（０）であると
き、その画素ｐは信号蓄積され、信号Ｓ　、Ｓ　が共に
ＯＦＦであってデコーダ出ＥＮ　　　　　ＡＲ 力ＣがＯＮ　（１）のときに、その画素ｐの電荷は非破
壊でモニタされる。そして、信号ＳＥＮとデコーダ出力
Ｃが共にＯＮで信号ＳＡＲがＯＦＦのときに、その画素
ｐの電荷がビデオ信号として出力される。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り本発明では、デコーダ回路か
ら任意の一画素を選択することにより、その画素内の光
電変換素子からの光情報のみを取り出すことができる。

また、電荷蓄積部が設けであるので、任意の画素の光情
報信号を非破壊にしかも任意の時間に読み出すこともで
きる。更に、全画素について同一時間だけ積分すること
もでき、また任意の画素内の光情報のみ消去することも
できる。このため、背景光の大きい環境下での微弱な信
号の取り扱いが容易になるので、分析機器等に幅広く応
用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る固体撮像装置の全体構成
図、第２図は第１図の構成を一画素（−要素）ｐについ
て示した回路図、第３図は実施例の作用を示す図、第４
図および第５図は従来例の回路図である。 ５・・・電荷蓄積部、６・・・デコーダ回路部、５０・
・・電荷蓄積要素、Ｏ８・・・出力スイッチ、ＲＳ・・
・リセットスイッチ、ＴＳ・・・転送スイッチ、Ｑ・・
・電荷蓄積素子、ＰＤ・・・光電変換素子。 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹Ｐ−米の冨Ｉの
５発りＳ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の光電変換素子をこれに対応する複数の出力ス
   イッチを介して出力線に接続し、前記複数の出力スイッ
   チを個々にオンとして前記複数の光電変換素子の信号電
   荷を前記出力線に読み出す固体撮像装置において、 前記複数の光電変換素子と前記複数の出力スイッチとの
   間にそれぞれ介在されて前記信号電荷を蓄積し、前記出
   力スイッチがオフのときに前記信号電荷の蓄積量に応じ
   た電流を所定バイアスから前記出力線に出力する複数の
   電荷蓄積素子と、この複数の電荷蓄積素子と所定のリセ
   ットバイアスの間に接続された複数のリセットスイッチ
   と、この複数のリセットスイッチを選択的にオンとする
   リセット制御手段とを備えることを特徴とする固体撮像
   装置。 ２、前記電荷蓄積素子はソースに前記出力スイッチが接
   続されドレインに所定バイアスが印加され、かつゲート
   に前記信号電荷が蓄積されるＦＥＴで構成される請求項
   １記載の固体撮像装置。 ３、前記リセット制御手段は前記複数の出力スイッチを
   個々にオンとする信号にもとづき前記複数のリセットス
   イッチを選択的にオンとし、所定のリセット命令が与え
   られたときに前記複数のリセットスイッチの全部もしく
   は一部をオンとする請求項１記載の固体撮像装置。 ４、前記複数の光電変換素子と前記複数の電荷蓄積素子
   の間に介在された複数の読出スイッチと、前記複数の光
   電変換素子と所定のコモンバイアスの間に介在された複
   数のクリアスイッチとを更に備えることを特徴とする請
   求項１記載の固体撮像装置。